​哈工大杜春雨/韩国康Nature子刊：CoIn-N-C DAC助力酸性中ORR生产过氧化氢

酸性条件下双电子氧还原反应产生过氧化氢（H₂O₂）是一种非常有吸引力的商用化学品，在各种工业和家庭场景中都是至关重要的，但仍然受到反应动力学缓慢的阻碍。

基于此，哈尔滨工业大学杜春雨教授和韩国康教授等人报道了通过密度泛函理论（DFT）计算和原位表征表明，在CoIn-N-C双原子催化剂（CoIn-N-C DAC）中，O-亲和的In原子触发羟基的有利稳定吸附，从而有效地优化了OOH在相邻Co上的吸附，使得Co原子上的氧还原转向双电子途径，在酸中高效生成H₂O₂。

在0.65 V下，H₂O₂局部电流密度达到1.92 mA cm⁻²，而三相流电池的H₂O₂产率高达9.68 mol g⁻¹ h⁻¹。此外，CoIn-N-C在长期运行中表现出优异的稳定性，表明了CoIn-N-C DAC的实用性。

作者选择了双原子模型（d-CoMp）和参考的单原子模型，当在DAC模型上验证ORR相关物种的稳定吸附位点时，DFT计算表明，对比Co，OOH和OH在Mp原子上的吸附更有利。

特别是，OH与Mp原子紧密结合，并在H₂O₂电解槽的工作电位范围内保持稳定。作者认为d-CoMp模型在工作环境中的实际结构为OH-blocked，为进一步分析，将其记为d-CoMpOH。

在被OH阻断后，d-CoMpOH中的Mp原子对O的亲和性降低，使得Co成为含O物种的有利吸附位点。由于MpOH部分的存在，对比s-CoVac，d-CoMpOH模型的局部电荷分布发生了重新排列。

Co原子周围的电荷密度增加，表明MpOH基团具有给电子性质。Co周围富集的电子密度不仅增加了价电子数，而且调节了3D轨道结构，导致d带中心正偏移。引入MpOH后，三种d-CoMpOH模型中Co与O之间费米能级以下的反键相互作用均减小，表明OOH成键增强。

CoIn dual-atom catalyst for hydrogen peroxide production via oxygen reduction reaction in acid. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-40467-8.